【有机EL新天地】（完）推进开发新一代有机EL照明

推进新一代有机EL照明的开发

的确，有机EL照明的发光效率和寿命等基本性能已经接近现有LED照明器具。但对于后起之秀的有机EL照明而言，仅靠这些还不能克敌制胜。

要想实现跃进，并不能止步不前，需要在进一步提高发光效率和延长寿命的基础上，开发充分发挥有机EL照明特有特点的产品。SID 2013上就有很多这种旨在实现进一步飞跃的研究发表。

比如，SEL与夏普，以及上述AFD Inc.与SEL的有机EL照明相关研究发表就备受参与者关注。原因之一是，SEL等实现了非常高的发光效率，面积为8100mm2的面板，发光效率达到了105lm/W，尺寸为56mm×42mm的柔性基板，发光效率达到了130.6lm/W。而且发光寿命均长达几十万小时。

牺牲显色指数

不过，聆听演讲的技术人员中也有人感到很失望，认为“发光色基本是黄色，演色指数（CRI）也很低。与其他白色发光的有机EL照明根本没法比”。

CRI的高低是决定有机EL照明能否产品化的重要指标，这也是与有机EL显示器的要求条件最大的不同之一。显示器的话，只需注意RGB三色的色坐标即可，而在照明用途，RGB各色的光谱形状左右着CRI的值。

关于高发光效率，也有人批判称，“要是CRI那么低都行，我们也能实现”（某技术人员）。

之所以这样说是因为，如果是接近单色的发光，因光提取元件的设计较为简单等，提高发光效率并不难。2009年，日本金泽工业大学工学部电子信息通信工学科教授三上明义的研发小组曾试制过以绿色单色发光实现210lm/W高发光效率的有机EL元件。

但也有技术人员对SEL等的发表给予了好评。其中颇受好评的一点是，在并非玻璃基板的大面积柔性基板上实现了非常高的发光效率。以往的单色发光高效率有机EL元件大多都只有几mm见方。在名为“开发人员见面会”的试制品演示现场，由于用手触摸该基板几乎感觉不到热，令很多技术人员发出了惊叹声。

开发发光材料的制作方法



此次，SEL等的演讲中最重要的并非试制面板和基板作为照明产品的完成度，而是开发出了具备高发光效率的新发光材料及其制作方法。比如，通过利用“激基复合物（Exciplex）”机制，首次确认能获得超过现有材料的高发光效率（图4）。


图4：在中长波长的发光方面开发出高效率材料群
本图为SEL、夏普、AFD Inc.发布的新高效率发光元件的构成。即使是HOMO较深的主体材料，如果混合适当的空穴运输材料使用，在主体材料和空穴运输材料间也会发生电子迁移的“激基复合物”现象，从而降低驱动电压。发光波长偏向长波长侧。

激基复合物是指，根据不同分子间的电子迁移的发光机理或材料。以往的发光材料为了实现带隙所需的值，需要在1个分子中进行设计然后合成。而激基复合物可根据分子的组合设计带隙、即发光波长，所以引起了关注。

此次的开发通过将此前空穴运输层使用的材料混入发光层，在空穴运输层和发光层的主体材料间形成了激基复合物。因此，空穴运输层作为一种催化剂发挥作用，驱动元件的电压降低，发光效率大幅提高。SEL称“当初是偶然发现的”。

SEL等还宣布，利用该方法制作的红色发光材料和黄绿色发光材料实现了非常高的发光效率。黄绿色发光材料相对于电流的130cd/A的发光效率与美国环宇显示技术（UDC）提供的绿色发光中发光效率最高的磷光材料相匹敌。

无法实现蓝色发光
但该方法也有课题。那就是难以用于蓝色发光材料。通过此次的方法获得的发光波长，要比空穴运输材料和发光层主体材料的固有发光波长大幅偏向长波长侧。这意味着，要想用此次的激基复合物实现蓝色发光材料，原来的空穴运输材料和主体材料必须是能在波长比所期望的蓝色短的蓝色或紫外范围高效发光的材料。

SEL表示，“目前基本没有能高效发光的蓝色发光材料，因此激基复合物在蓝色发光材料中的应用尚无眉目”。

此次，SEL等的面板和基板的发光色为黄色，而且CRI值较低也是因为未能获得高效发光的蓝色发光材料。蓝色发光材料在照明用途可能也只能寄希望于TADF（热活性延迟萤光）材料。

开始挑战控制发光方向

除此之外，SID 2013上还有很多关于新一代有机EL照明用发光材料的发表。其中最受关注的，是通过选择发光材料的形状和配向有望大幅提高光提取效率的研究（图5）。由德国奥格斯堡大学和出光兴产等以相关主题进行了发表。该研究主题才刚刚实施5年左右，不过，有望成为一大技术趋势注2）。


图5：发光分子的朝向控制受到关注
本图为在提高光提取效率方面备受关注的、控制发光材料的分子形状和朝向的方法。平坦的分子在薄膜中容易使朝向一致，因此发出的光的方向也一致。

注2）最先着手该研究的人是原来在九州大学安达千波矢研究室、现在在山形大学理工学研究科任副教授的横山大辅。

在一般的有机EL元件中，发光层的分子方向是随机的，分子发出的光的方向也是随机的。这种情况下，发光层垂直方向发出的光可能会直接到达元件外部，与发光层几乎平行的方向发出的光像弹球一样在各层的界面反复进行全反射，很难到达元件外部。最近数年，通过改进元件构造和折射率将这种光提取到元件外部的研究开发一直在继续。

另外，如果能控制发光分子的形状和配向，使分子发出的光的朝向最初就与发光层垂直，就有望大幅提高光提取效率。

具体而言，采用了设计平面形状而非球状的发光分子，并使分子配向一致来形成发光层的方法。出光兴产在蓝色发光材料中尝试了这种方法，确认光提取效率会因分子的形状和配向而大幅改变。另外，奥格斯堡大学宣布，理论上，光提取效率不用改进元件构造和控制折射率就能最大提高46％。

开发单面发光的透明面板
如果能自由控制光的提取方向，不但能提高发光效率，有机EL照明的应用范围也会进一步扩大。虽然分子水平的控制技术才刚要展开开发，不过已经有厂商用其他方法使有机EL面板发出的光朝向同一个方向，成功开发出了透明面板。比如东芝等（图6）。 [!--empirenews.page--]


图6：透明时也能控制光的方向
本图为东芝和山形县产业技术振兴机构各自开发的、在灭灯时为透明状，而发光时仅单面发光的有机EL面板的概要。发光时从阴极看面板也是透明的，可以看到面板对面被照亮的样子。（（e～f）由东芝拍摄）

东芝指出，以往的透明有机EL照明面板实现实用化还存在几个课题。比如，阴极和阳极都利用透明电极的普通透明有机EL照明面板如果用于窗户，由于面板两侧都会发光，因此不仅是房间内，房间外也会被照亮。

另外，发光时看不到面板的对面侧，好不容易实现的透明也失去了一半的价值。

此次，东芝开发出了“透过型单面发光有机EL面板”，通过只在普通有机EL的阴极形成条纹同时解决了这两个课题。有机EL元件中有阴极的部分只向阳极方向发光。而没有阴极的部分向任何一个方向都发光，因此从面板的阴极侧来看，亮灯时也是透明的。

阴极的宽度为100μm，以500μm的间距配置。“利用蒸镀技术采用金属掩模制作，并不简单”（东芝）。

有望用于更广泛领域
东芝计划在不久的将来使该透过型单面发光面板实现实用化，有望用于与普通有机EL面板和透明有机EL面板不同的用途。比如，一边用面板照射物体，一边从面板后面观察该物体的用途等。

如果在放大镜上安装该面板，可在用一个放大镜均匀照射想观察的物体的同时，进行放大观察。另外，如果安装到橱窗和水槽的透明面板上，灭灯时几乎不会阻挡视线，因此一点也不显眼，夜晚点灯时，看不到光源就可以均匀照射展品。如果不用于照明用途，将发光面朝向窗户外侧，还可以代替窗帘使用。

东芝已经试制出了“发光海报”以及使眼镜镜片发光的“发光眼镜”。还考虑用于牙齿治疗，或用于水槽和陈列橱等。

日本山形县产业技术振兴机构也发现了这方面的用途，制作出了近拍用照明面板。不过，该机构的阴极为格子状，而且是以毫米为单位形成间距，因此阴极非常醒目。（全文完，记者：野泽哲生，《日经电子》）